1、波浪引起的海床變形和穩(wěn)定性問(wèn)題是海底管線工程設(shè)計(jì)中必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題之一.研究波浪荷載作用下海床及管線的動(dòng)力特性,對(duì)于海床及管線的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重要意義.基于這樣的出發(fā)點(diǎn),按照國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目"海底管線災(zāi)變機(jī)理及 TDR 監(jiān)控研究 (No.50479045)"的總體要求,本文采用理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)海床及管線波浪響應(yīng)的基本問(wèn)題進(jìn)行研究,揭示了一些現(xiàn)象的力學(xué)機(jī)制,為工程設(shè)計(jì)提供可參考的依據(jù). 分別

2、基于平面應(yīng)變條件下的 Biot 固結(jié)理論和廣義 Biot 固結(jié)理論,采用積分變換的方法,求解突加波浪荷載作用下單層海床的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題,并利用 Frobenius 級(jí)數(shù)解對(duì) Gibson 海床的波浪響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究. 結(jié)合大量的算例,針對(duì)波浪荷載作用下海床的孔壓響應(yīng)、應(yīng)力場(chǎng)分布及土骨架位移等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)地分析,并與前人的工作進(jìn)行了對(duì)比. 增設(shè)覆蓋層是海床保護(hù)常用的措施之一.對(duì)于成層海床的波浪響應(yīng)問(wèn)題利用狀態(tài)空間法進(jìn)行分析

3、,建立表征該問(wèn)題基本狀態(tài)量之間的傳遞矩陣,通過(guò)矩陣遞推規(guī)律、邊界條件及逆變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)成層海床波浪響應(yīng)問(wèn)題的求解,并對(duì)成層橫觀各向同性海床和海床一土工布復(fù)合體系的波浪響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行研究.分析結(jié)果表明,覆蓋層能有效的提高海床抗剪切破壞和抗瞬時(shí)液化的能力,起到保護(hù)海床的作用. 利用大型波浪水槽通過(guò)機(jī)械造波分不同的工況進(jìn)行波浪荷載作用下海床及管線的動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)研究.結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用信號(hào)分析的方法,探討了波浪荷載作用下海床孔壓發(fā)展的機(jī)

4、理,對(duì)土工布加固粉質(zhì)海床進(jìn)行了模擬試驗(yàn)；深入系統(tǒng)地研究了推進(jìn)波作用下管線周?chē)植繘_刷的演化規(guī)律和沖刷形態(tài)；對(duì)于淺埋管線,通過(guò)不同工況的模型試驗(yàn)研究加載波浪周期、波高、相對(duì)水深、散射系數(shù)及相對(duì)埋深等參數(shù)對(duì)管線周?chē)讐汉凸芫€所受上舉力的影響. 結(jié)合波浪水槽模型試驗(yàn)的結(jié)果,分別利用保角變換法和基于貼體坐標(biāo)的有限差分法,對(duì)波浪一海床一管線的相互作用問(wèn)題進(jìn)行分析,討論管線存在對(duì)于海床孔壓場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響,進(jìn)而對(duì)管線周?chē)植繀^(qū)域剪切